CN109035665A - 一种新型森林火灾预警系统及火灾预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型森林火灾预警系统及火灾预警方法，本系统的无人机可以完全自主的巡航和判断火情，不需要人工干涉；本系统基于红外热成像模块判断火情，虚警率很低，火源判断的准确度极高；本系统将红外热成像系统与激光测距系统结合，可以在发现火情后第一时间向地面消防单位提供火源位置、火源形状、火源周围三维地理条件、火势蔓延速度等相关信息，提高了灭火效率，提升了扑火有效性。
Description
技术领域
本发明属于涉及火灾的预警领域，更具体为涉及一种针对于森林火灾的可搭载在无人机上的虚警率低、针对性强的高效能森林火灾预警系统及预警方法。
背景技术
森林是陆地生态系统的主体,影响着全球的生态环境。但森林经常受到各种灾害的 影响,在危害森林的诸因素中又以火灾危害最为严重,目前世界每年发生火灾约22万次以上,对于森林资源而言是一种巨大的损失。特别是80年代以来,全球气候变暖,森 林火灾有着不断上升的趋势。这些森林火灾给国家和人民造成了巨大的经济损失,它还 增加了大气中二氧化碳含量,导致全球气温升高,严重的森林火灾还会引起土壤的荒漠 化,对全球的环境和经济产生影响。
传统的森林火灾的预警与防护多采用人工的方式，如设置防火指挥部办公室等，这需要大量的人员进行巡视，浪费大量的人力物力；现如今在森林防火方面逐渐采用 了新的技术，如瞭望塔和护航飞机等，但是受到飞机架次少，检测范围小，监测成本 高等原因的限制，实用性大大受限。因此，搭载在智能化设备(无人机、无人车)上 智能化平台在森林防火中的早期火警阶段，即火情监测预警阶段与防火信息收集阶段 的需求大大的增加。
发明内容
本发明解决的技术问题是：本发明的目的在于克服现有技术在森林火灾预警与监控方面的不足，提出一种可以搭载在无人机上的全新设计、精度更高、输出信息更多 的森林火灾预警系统及预警方法。
本发明的技术方案是：一种新型森林火灾预警系统，包括无人机飞行控制系统、红外热成像模块、通信模块和核心处理系统；无人机飞行控制系统用于控制飞行器的 飞行状态并得到无人机的姿态与位置信息、红外热成像模块用于采集监控区域的红外 视频数据、激光测距模块用于得到火源与火源附近的激光地理测距信息、三个模块将 信息传递到核心处理模块，核心处理模块判断是否存在火情，并在确定火情的情况下 得到火源蔓延速度，火源三位地理信息等有效信息，并将之回传至地面站，为后续扑 火工作起到指导作用。
本发明的进一步技术方案是：所述无人机飞行控制系统为Pixhawk飞控系统，其装载有电子罗盘与MIC电源模块；还携带陀螺仪，姿态传感器等设备，一方面可以对无 人机进行PID闭环控制，使之平稳飞行；另一方面可以实时采集无人机MEMS姿态信息， 并传递至核心处理模块。
本发明的进一步技术方案是：所述测距模块为激光电子尺，其获得的测距信息通过蓝牙模块传递至核心处理系统。
本发明的进一步技术方案是：所述红外热成像模块为红外热成像仪，利用ZigBee模块与核心处理系统连接，其获得的红外热成像信息传递至核心处理系统进行处理。
本发明的进一步技术方案是：所述核心处理模块为四核工控机，可根据红外热成像视频利用红外林火监测办法判断是否有火情，并向无人机以及激光测距云台发出指 令，使之正对火源进行测距。
本发明的进一步技术方案是：一种新型森林火灾预警系统的火灾预警方法，包含以下工作步骤：
步骤一：地面消防单位为无人机制定好确定的巡线路线
步骤二：红外热成像模块收集火情排查区域的红外数据，并将之传输至核心处理系统， 核心处理系统利用HIS颜色模型，从亮度、色调与饱和度三方面好精确度的判断是否存在火情；
步骤三：如有火情，核心处理系统向地面站通过4G信号发送火灾警报，同时调整无人机与激光测距云台对准火源，得到火源及其周围地理环境的测距信息；
步骤四：地面站得到火源的GPS信息、激光测距信息以及无人机姿态信息，在上位机 利用pix4d mapper得到火源及周围地理环境的三维建模图形。
发明效果
本发明的技术效果在于：携带本系统的无人机可以完全自主的巡航和判断火情，不需要人工干涉；本系统基于红外热成像模块判断火情，虚警率很低，火源判断的准 确度极高；本系统将红外热成像系统与激光测距系统结合，可以在发现火情后第一时 间向地面消防单位提供火源位置、火源形状、火源周围三维地理条件、火势蔓延速度 等相关信息，提高了灭火效率，提升了扑火有效性。
附图说明
图1是森林火灾预警系统的具体流程图
图2是红外林火监测算法的算法流程图
具体实施方式
参见图1-图2，本系统主要包括以下部分：无人机的飞行控制模块：主要用于控 制飞机的飞行状态，实现无人机的自主巡航、降落、飞行姿态控制等作用。
红外热成像模块：主要用于拍摄森林的红外影像，并将视频资料传入核心处理系统。
核心处理系统：根据红外热成像模块拍摄得到的红外影像资料，利用红外林火监测算法判断是否有火情，并判断火源位置，将火源位置信息发送给激光测距系统与飞 行控制模块。
激光测距系统：进行激光测距，得到三维测距信息。
通信系统：用于向地面站传递信息。
本发明的森林火灾预警系统包括无人机的飞行控制模块、红外热成像模块、通信模块、 核心处理系统、激光测距系统。
无人机的飞行控制系统：选用Pixhawk 2.4.8PX4或PIX3位APM飞控，装载PIX M8NGPS模块自带电子罗盘，无人机自主内置MIC5129电源模块。无人机的飞控模块 除了负责无人机的正常巡线飞行，在发现火源时，还可以根据核心控制系统的指令， 调整姿态，使测距模块正对火源位置。
红外热成像模块：使用FLIR热成像红外模块，或采用采用红外WKH-81红外摄像 模块，对森林进行红外视频采集，并将红外视频资料传输至核心处理系统。
核心处理系统：使用四核工控机，对红外热成像模块采集到的视频资料利用红外林火监测算法进行监测分析，判断火情。其中红外林火检测算法的流程如图2所示。 红外热成像模块将红外影像资料传输至核心处理系统，核心处理系统根据视频建立 HIS颜色模型，从颜色的饱和度、亮度、灰度等方面筛选出疑似林火区域，之后，通 过对林火疑似区域的纹理、形状以及视频的帧间特征进行分析，对颜色模型进行特征 提取，通过与数据库中对应特征的阈值对比，判断是否有火情。如有火情，则会立即 反馈到地面站，并对火情进行进一步分析处理，如无火情，则继续分析后续视频。
测距模块：使用徕卡D510蓝牙激光电子尺，来得到火源及火源附近的激光地理 测距信息。
通信模块：可采用WiFi模块、蓝牙模块、ZigBee模块、或者sub-IG模块实现， 主要用于无人机向地面消防单位传递火灾信息。
结合附图的森林火灾预警系统的工作流程图分析森林火灾预警系统的工作流程：
地面消防单位为无人机制定好确定的巡线路线，由红外热成像模块收集火情排查区域的红外影像资料，并将红外影像资料传输至核心处理系统进行红外林火监测分析， 判断是否有火情。如无火情，则继续分析之后的红外视频资料；如果判断有火情，则 一方面将火源的位置信息发送给飞控系统，从而调整飞机飞行姿态，将测距模块与红 外模块对准火源，另一方面则通过通信模块向地面消防单位发送预警信息。之后，通 过通信模块，将火源的GPS信息，火源的激光测距信息与无人机姿态信息叠加输出至 地面消防单位，利用pix4dmapper软件得到火源及周围地理环境的三维模拟图像，从 而为之后的灭火行动提供指导性意见。
Claims (6)
1.一种新型森林火灾预警系统，其特征在于，包括无人机飞行控制系统、红外热成像模块、通信模块和核心处理系统；无人机飞行控制系统用于控制飞行器的飞行状态并得到无人机的姿态与位置信息、红外热成像模块用于采集监控区域的红外视频数据、激光测距模块用于得到火源与火源附近的激光地理测距信息、三个模块将信息传递到核心处理模块，核心处理模块判断是否存在火情，并在确定火情的情况下得到火源蔓延速度，火源三位地理信息等有效信息，并将之回传至地面站，为后续扑火工作起到指导作用。
2.如权利要求1所述的一种新型森林火灾预警系统，其特征在于，所述无人机飞行控制系统为Pixhawk飞控系统，其装载有电子罗盘与MIC电源模块；还携带陀螺仪，姿态传感器等设备，一方面可以对无人机进行PID闭环控制，使之平稳飞行；另一方面可以实时采集无人机MEMS姿态信息，并传递至核心处理模块。
3.如权利要求1所述的一种新型森林火灾预警系统，其特征在于，所述测距模块为激光电子尺，其获得的测距信息通过蓝牙模块传递至核心处理系统。
4.如权利要求1所述的一种新型森林火灾预警系统，其特征在于，所述红外热成像模块为红外热成像仪，利用ZigBee模块与核心处理系统连接，其获得的红外热成像信息传递至核心处理系统进行处理。
5.如权利要求1所述的一种新型森林火灾预警系统，其特征在于，所述核心处理模块为四核工控机，可根据红外热成像视频利用红外林火监测办法判断是否有火情，并向无人机以及激光测距云台发出指令，使之正对火源进行测距。
6.基于权利要求1所述的一种新型森林火灾预警系统的火灾预警方法，其特征在于，包含以下工作步骤：
步骤一：地面消防单位为无人机制定好确定的巡线路线
步骤二：红外热成像模块收集火情排查区域的红外数据，并将之传输至核心处理系统，核心处理系统利用HIS颜色模型，从亮度、色调与饱和度三方面好精确度的判断是否存在火情；
步骤三：如有火情，核心处理系统向地面站通过4G信号发送火灾警报，同时调整无人机与激光测距云台对准火源，得到火源及其周围地理环境的测距信息；
步骤四：地面站得到火源的GPS信息、激光测距信息以及无人机姿态信息，在上位机利用pix4d mapper得到火源及周围地理环境的三维建模图形。
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